光傳輸系統的製作方法

2023-12-02 06:03:36

專利名稱:光傳輸系統的製作方法
本發明涉及光放大器，特別涉及到相干光傳輸系統。
從本發明涉及的一個方面來看，提供了一種光信號放大器，這種光信號放大器的特徵在於用於產生基準光信號的裝置;用於把輸入光信號變換成電信號的裝置，上述電信號的頻率為所述基準光信號頻率與輸入光信號頻率的差頻(中頻);用於對這個電信號進行放大的裝置;把放大後的電信號引入由所述基準光信號組成的光頻載波的裝置，該裝置將放大後的電信號引入由所述基準光信號組成的光頻載波，從而得到輸出光信號，上述輸出光信號與所述輸入光信號相干，並且相對於所述輸入光信號被放大了。
從本發明的另一方面來看，提供了以光信號放大器為特徵的相干光傳輸系統，這種光信號放大器包括用於產生基準光信號的裝置;用於把輸入光信號變換為電信號的裝置，上述電信號的頻率為所述基準光信號頻率與所述輸入光信號頻率之差頻;用於放大電信號的裝置;用於把放大後的電信號引入由所述基準光信號組成的光頻載波的裝置，該裝置將放大後的電信號引入由所述基準光信號組成的光頻載波，從而得到輸出光信號，上述輸出光信號與所述輸入光信號相干，並相對於所述輸入光信號被放大了。
下面將參照附圖來說明本發明的實施方案。
圖1a是線性光中頻(IF)放大器的線路圖;
圖1b顯示了場效應管(FET)放大器放大率-頻率特性以及輸入信息;
圖2顯示了集成光學單邊帶調製器;
圖3是銫的D2譜線在0.85微米(μm)處的吸收譜。
在大容量長距離光纖系統中採用相干方法的優點主要地包括下面幾個方面由於將探測靈敏度提高得了量子極限，使中繼距離得以增大;採用頻域復用增加了系統的容量，當各個通道都以其最高比特速率(這個最高比特速率由光纖散射或相聯電路系統的速度確定)工作時，採用頻域復用進一步增加了時分復用信息通道的容量;增加了調製方式的選擇餘地，例如可採用寬頻移(載波頻率為光頻)的高質量模擬頻率調製(FM);降低了對光探測之後的輔助放大的線性要求，相干光探測中。探測特性是線性型的，而不是二次型的，也就是說，對於動態範圍為60dB的系統，放大器的動態範圍也只需要60dB，而不是120dB;能夠用「黑盒」(black bax)方式實現光放大。
下面的優點是本發明在根本上所涉及到的。光放大是通過頻率變換和在中頻(IF)下的放大來實現的，這又使在中頻(IF)下進行的通道降落和通道引入變得簡便易行。
傳輸系統的再生/分支點的功能通常是信號放大，通道降落、通道引入和重新定時。這些功能可通過圖1a所示的線路在諸如纖維光學傳輸系統那樣的光學系統中實現。圖1a的電路包括光電二極體1，帶通濾波器2，雷射器3(例如一個GaAlAs雷射器)，帶有「原子」標準器5的穩定電路4，寬帶放大器6(例如由砷化鎵場效應管組成)，單邊帶調製器7。圖1a的電路包含光輸入端和光輸出端，並包含有線性光放大器。
雷射器3與穩定電路4和「原子」標準器5一起構成了光頻本機振蕩器，這個光頻本機振蕩器穩定在「原子」標準上，以保持高度的相干性，並使中頻(IF)保持在再生器的電路帶寬範圍之內。在文獻中已報導過位於0.85m處的這樣一種「原子」標準器(「用Cs-D2譜線的無都卜勒效應頻譜穩定GaAlAs雷射器的頻率」，載IEEE J.Quantum Electronics，Vol.19，0.2，PP169-175，February 1983)，這種標準器以的D2譜線為基礎，其絕對解析度優於10MHz(見圖3)。已經製作出了適用於其他波長範圍的標準器，所以不必把波長限制在0.85μm。
光電二極體1同光頻本機振蕩器一起組成降頻變換器。光電二極體1受到輸入光信號與本機振蕩器所產生的光信號的照射，光頻本機振蕩器所產生的光信號具有相當高的功率，通常達幾個毫瓦。光電二極體的輸出電流的頻率是輸入光信號同本機振蕩器所產生的光信號的差頻(中頻intermediate freguency)，該輸出電流經濾波器2進行帶通濾波後，由砷化鎵(GaAs)帶寬放大器6予以放大。在大信息容量的光學系統中，放大器6的帶寬可達10千兆赫(GHz)，其中心頻率為15GHz。圖1b顯示了放大器6的放大率-頻率響應在很寬的頻率範圍內呈現出的平坦線性特性，並顯示了同輸入光信號所攜帶的信息相聯繫的頻率範圍。
放大器6的輸出信號可在被重新引入光頻載波信號之前在中頻下進行處理，雖然圖1a中只畫出了光放大器而沒有畫出進行這種處理的部分。所用的信息調製器最好包含有頻分多路傳輸(FDm)通道，並在給定的通道中進行時分多路傳輸(TDm)。放大器6的輸出信號在被重新引入光頻載波之前，可用傳統的微波濾波技術，在中頻(IF)下完任對它的通道降落或通道引入。這種微波濾波技術可以由微帶技術來實現，也可採用其他的適當技術。如果需要重新進行定時，可以用傳統方法在各個頻率通道電平上進行這種定時。
經過放大的，如果需要的話還經過適當處理的頻分多路傳輸(FDM)信息組，通過單邊帶調製處理(升頻變換)，被引入到光頻載波信號中，該光頻載波信號由光頻本機振蕩器輸出信號的一部分構成，該光頻本機振蕩器輸出信號與進行降頻變換時所用的是同一信號，這就保證了輸入光與輸出光的頻率完全相同。用單邊帶調製方式所進行的這種信息重新引入，可用諸如集成光學(電-光型)單邊帶升頻變換裝置的裝置來完成，如圖2中原理地顯示的。
圖2的集成光學裝置包括鈮酸鋰襯底8，在其中擴散出了輸入波導9，兩條光程基本上相同的分支波導10和11，以及輸出波導12。由半導體雷射器13輸出的光信號直接或是經過光纖14被引入輸入波導9。在同圖1a的線路配合使用時，雷射器13可由雷射器3構成。來自雷射器13的光信號被分成兩部分，這兩部分分別沿著分支波導10和11傳輸。在分支波導10中，光信號的位相相對分支波導11中的光信號的位相落後了90°，這是通過金屬電報15加上適當大小的電場(直流偏置)而引起的。金屬電極15澱積在襯底材料上靠近分支波導10的部分上。然後將圖中標為微波輸入16的信號，也就是準備引入光頻載波中的信號，通過金屬電極17加到分支波導10中的光信號上，同時通過90°移相器18和金屬電極19正交地加到分支波導11中的光信號上。光頻載波信號就是雷射器13的輸出光信號。在分支波導10與11的出射端，光信號的位相是不同的，因而在分支波導10與11進入輸出波導12的接合處產生不希望有的單邊帶頻率和載波的相消幹涉。
在圖2線路的一種改進形式中，特別是當把它用於圖1a的光放大器中時，在光頻本機振蕩器與單邊帶調製器之間引入了光延遲，延遲的大小與電路中的延遲相等，以便將本機振蕩器所引入的噪聲中除極高的頻率分量以外的所有噪聲分量消除掉。
也可以不採用由穩定在原子標準器的雷射器組成的光頻本機振蕩器，就象上面所介紹的那樣;而是使線路以掃頻振蕩器的方式進行工作，並通過某一特徵參量，例如通過在自動頻率控制裝置的控制下調節雷射器中的電流，把本機振蕩器鎖定在特定的頻率通道。
上述方案通過利用一些最先進的「電路」元件，實現了對相干光傳輸系統的線性光放大。這些最先進的「電路」元件沒有相應的低頻元件，但這些元件是已經被顯示過的，至少也是在原理上被顯示過的。
權利要求
1.光信號放大器，其特徵在於用於產生基準光信號的裝置(3)；用於將輸入光信號變換成電信號的裝置(1)，上述電信號的頻率為上述基準光信號與輸入光信號頻率的差頻；用於放大電信號的裝置(6)；用於將放大後的電信號引入由上述基準光信號的組成的光頻載波中的裝置(7)，該裝置(7)將放大後的電信號引入由上述某準光信號所組成的光頻載波中，從而提供與上述輸入光信號相干的輸出光信號，該輸出光信號相對於上述輸入光信號被放大了。
2.根據權利要求
1的放大器，其特徵在於所述變換裝置(1)包含降頻變換器。
3.根據權利要求
2的放大器，其特徵在於所述降頻變換器包括光電二極體(1)，並且其中所述基準光信號產生裝置包括光頻本機振蕩器，該光頻本機振蕩器穩定在「原子」標準器(3，4，5)上，光電二極體(1)受到輸入光信號與所述基準光信號的照射並產生中頻輸出電流，該中頻輸出電流的頻率為輸入光頻率與基準光頻率的差頻。
4.根據權利要求
2的放大器，其特徵在於所述降頻變換器包括光電二極體(1)，並且其中所述基準光信號產生裝置包括雷射器(3)，該雷射器(3)以掃頻本機振蕩器的探測方式進行工作並被鎖定在預定的光頻通道上，光電二極體(1)受到輸入光信號和所述基準光信號的照射並產生中頻輸出電流，該中頻輸出電流的頻率為輸入光頻率同預定光頻率的差頻。
5.根據權利要求
1的放大器，其特徵在於引入裝置包括集成光學單邊帶升頻變換器(7)，該集成光學單邊帶升頻變換器(7)的輸入光信號包含基準光信號。
6.根據權利要求
1的放大器，其特徵在於所述放大裝置(6)包括砷化鎵(GaAs)寬帶放大器。
7.相干光傳輸系統，其特徵在於光信號放大器包括，用於產生基準光信號的裝置(3);用於將輸入光信號變換成電信號的裝置(1)。上述電信號的頻率為所述光信號與輸入光信號的差頻;用於放大電信號的裝置(6);用於將放大後的電信號引入由所述基準光信號所組成的光頻載波中的裝置(7)，該裝置(7)將放大後的電信號引入由所述基準光信號所構成的光頻載波中，從而得到同所述輸入光信號相干並相對於所述輸入光信號被放大了的輸出光信號。
8.根據權利要求
7的相干光傳輸系統，其特徵在於包含有對中頻電信號進行通道降落與通道引入的裝置。
9.根據權利要求
7的相干光傳輸系統，其特徵在於包含有對中頻電信號進行重新定時的裝置。
專利摘要
在相干光傳輸系統中，通過把輸入光信號用降頻的方法變換成中頻信號，對該輸入光信號進行放大，例如，藉助光電二極體(1)和基準光頻本機振蕩器信號。用砷化鎵場效應管帶寬放大器(6)，對光電二極體的輸出電流進行放大，並利用諸如集成光學單邊帶調製器(升頻變換器)的裝置將其引入由基準光信號構成的光頻載波信號中。由於用同一個光頻本機振蕩器驅動光電二極體降頻變換器和集成光學單邊帶升頻變換器，因而保證了輸入/輸出光的相干性。
文檔編號G02F2/00GK85104415SQ85104415
公開日1986年12月10日 申請日期1985年6月11日
發明者約翰·斯圖爾特·西克思 申請人:標準電話和電報公共有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan